作为已知最重的基本粒子，顶夸克在欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)的物理学研究中占有特殊地位。阿特拉斯（ATLAS）探测器记录的碰撞中产生了大量顶夸克对和反夸克对，为最高可达能量下的粒子碰撞理论模型提供了一个丰富实验场地。测量值和预测值之间的任何偏差，都可能指向该理论的缺陷——或者是一些全新事物的初步迹象。ATLAS合作发布了一项新的精确测量方法，用于测量大型强子对撞机产生顶夸克对的总速率，或者说是“横截面”。
测量使用一个顶夸克衰变为电子（e），中微子和b夸克事件，而另一个衰变为μ子（μ），中微子和b夸克。。这在探测器中创造了一个引人注目的特征，使得物理学家能够在几乎没有背景的情况下，收集到一个非常干净的事件样本。尽管仅占顶夸克对衰变的2％，但ATLAS物理学家在13 TeV的大型强子对撞机运行2期间，检查收集了超过230000个eμ事件。新结果对顶夸克对截面的测量值为826±20，即不确定度仅为2.4%。这与最先进的理论预测完全吻合，并与之前使用7和8 TeV数据的精确ATLAS测量相结合。
ATLAS对顶夸克对截面的精确测量也被用来确定几个参数（包括顶夸克质量为mt = 173.1±2.1 GeV）并约束“部分分布函数”，这些“部分分布函数”根据质子组成夸克和胶子来表征质子的内部结构。产生轻子的能量和角度分布(即它们的“运动学”)也得到了精确测量。这些数据与各种“事件生成器”程序的预测结果进行了比较，这些“事件生成器”程序用于在大型强子对撞机上模拟顶夸克事件。阿特拉斯的物理学家指出了几个差异，指出需要更精确的理论计算。
更好地描述观测到的轻子动量分布，另一个新ATLAS结果对顶夸克本身的运动学进行了更深入研究。在ATLAS中，首次将顶夸克对产生率同时测量为两个运动变量的函数(二维分布)。为了实现这一目标，物理学家选择了顶夸克对事件，其中一个顶夸克衰变为轻子、中微子和b夸克，而另一个顶夸克衰变为b夸克和夸克反夸克对。对这种最终状态的研究，被称为“单轻子”通道，使ATLAS团队能够更精确地重建顶夸克对的运动学。包括在产生相对于碰撞轴具有极高横向动量“增强”顶夸克的情况下。
这些都是新物理研究的关键兴趣，因为巨大的外来粒子可以衰变成两个高度增强的夸克。物理学家将测量到的分布与最新理论计算进行了比较，并在高动量状态下改进了生产率估计。结果表明，理论计算预测非常高动量的顶夸克比观测到的要多。这证实并改进了ATLAS和CMS实验之前发表的测量结果。此外，由于二维分布的形状，顶夸克对产生率作为不变质量和顶夸克横向动量的函数，可以用于将来测量顶夸克质量。综上所述，这两个新结果提供了丰富的数据，提高了我们对顶夸克对产生的理解，并进一步确定这个重粒子的性质。
博科园｜研究/来自：ATLAS Experiment
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